JP6771238B1 - Laser processing equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】大形の被処理物を扱うレーザ処理装置において、照射ユニットから被処理物に照射されるレーザ光の照射位置を正確に被処理物上の目標位置に合わせる。【解決手段】被処理物0上の目標位置に向けてレーザ光Lを照射して行う処理を実施するレーザ処理装置1であって、レーザ光Lを被処理物0上の目標位置に向けて集光するための対物レンズを有する照射ユニット2と、前記照射ユニット2の少なくとも対物レンズ24を被処理物0に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができる第一のXYステージ3と、前記照射ユニット2及び前記第一のXYステージ3を被処理物0に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができ、第一のXYステージ3に比して二次元方向への可動範囲がより大きい第二のXYステージ7とを具備するレーザ処理装置1を構成した。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately align an irradiation position of laser light emitted from an irradiation unit to an object to be processed with a target position on the object to be processed in a laser processing apparatus for handling a large object to be processed. SOLUTION: The laser processing apparatus 1 performs a process of irradiating a laser beam L toward a target position on an object 0 to be processed, and directs the laser beam L toward a target position on the object 0 to be processed. The irradiation unit 2 having an objective lens for condensing light and at least the objective lens 24 of the irradiation unit 2 are moved in a two-dimensional direction relatively orthogonal to or substantially orthogonal to the laser optical axis with respect to the object 0 to be processed. The first XY stage 3 and the irradiation unit 2 and the first XY stage 3 can be moved in a two-dimensional direction that is orthogonal to or substantially orthogonal to the laser optical axis relative to the object 0 to be processed. The laser processing apparatus 1 is configured to include a second XY stage 7 having a larger movable range in the two-dimensional direction than the first XY stage 3. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、被処理物上の目標位置に向けてレーザ光を照射して行う処理を実施するレーザ処理装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that performs a process of irradiating a laser beam toward a target position on an object to be processed.
レーザ処理装置の一種として、液晶ディスプレイモジュール、プラズマディスプレイモジュール、有機EL(Electro−Luminescence)ディスプレイモジュール、無機ELディスプレイモジュール、マイクロLED(Light−Emitting Diode)ディスプレイモジュール、透明導電膜基板またはカラーフィルタ等に生ずる不良(または、欠陥)箇所にレーザ光を照射するレーザリペア装置を挙げることができる(例えば、下記特許文献を参照)。 As a type of laser processing device, for liquid crystal display modules, plasma display modules, organic EL (Electro-Luminence) display modules, inorganic EL display modules, micro LED (Light-Emitting Diode) display modules, transparent conductive film substrates, color filters, etc. Examples thereof include a laser repair device that irradiates a defective (or defective) portion that occurs with a laser beam (see, for example, the following patent documents).
レーザリペア装置にあっては、被処理物上の不良箇所を目標位置として、当該目標位置に正確にレーザ光を照射することが要求される。レーザ光を照射する位置が目標位置から僅かでもずれると、不良箇所を適切に修正できないばかりか、不良箇所に隣接する正常な素子または回路を損傷させることにもなりかねない。 In the laser repair device, it is required to accurately irradiate the target position with the laser beam by setting the defective portion on the object to be processed as the target position. If the position where the laser beam is applied deviates even slightly from the target position, not only the defective portion cannot be properly corrected, but also a normal element or circuit adjacent to the defective portion may be damaged.
被処理物に対するレーザ光の照射位置の操作は、XYステージを介して行うことが通例である。即ち、レーザ光を被処理物に集光する対物レンズを有した照射ユニットをXYステージに支持させ、照射ユニットを被処理物に対して相対的にX軸方向及びY軸方向に移動させることにより、レーザ光が目標位置に照射されるように位置決めするのである。 The operation of the irradiation position of the laser beam on the object to be processed is usually performed via the XY stage. That is, by supporting the irradiation unit having an objective lens that concentrates the laser light on the object to be processed on the XY stage and moving the irradiation unit in the X-axis direction and the Y-axis direction relative to the object to be processed. , The position is such that the laser beam is emitted to the target position.
近時では、被処理物である液晶ディスプレイ等の大形化が顕著となっており、それに合わせてXYステージも大形化せざるを得なくなっている。 In recent years, the size of liquid crystal displays and the like, which are objects to be processed, has become remarkable, and the XY stage has to be increased accordingly.
しかしながら、大形化したXYステージの構成部材は寸法も重量も大きくなる。そして、構成部材間の摩擦や遊びの増大、ロストモーションの拡大等を招き、照射ユニットが正確な位置に到達しない、または正確な位置を越えて行き過ぎる滑りが生じる懸念が高まっている。 However, the larger XY stage components are larger in size and weight. Further, there is a growing concern that the irradiation unit may not reach the correct position or may slip excessively beyond the correct position due to an increase in friction and play between the constituent members and an increase in lost motion.
本発明は、大形の被処理物を扱うレーザ処理装置において、照射ユニットから被処理物に照射されるレーザ光の照射位置を正確に被処理物上の目標位置に合わせることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to accurately align the irradiation position of the laser beam emitted from the irradiation unit to the object to be processed with the target position on the object to be processed in the laser processing apparatus for handling a large object to be processed. It is said.
上述した課題を解決するべく、本発明では、被処理物上の目標位置に向けてレーザ光を照射して行う処理を実施するレーザ処理装置であって、レーザ光を被処理物上の目標位置に向けて集光するための対物レンズを有する照射ユニットと、前記照射ユニットの少なくとも対物レンズを被処理物に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができる第一のXYステージと、前記照射ユニット及び前記第一のXYステージを被処理物に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができ、第一のXYステージに比して二次元方向への可動範囲がより大きい第二のXYステージとを具備するレーザ処理装置を構成した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a laser processing apparatus that performs a process of irradiating a laser beam toward a target position on an object to be processed, and irradiates the laser beam to the target position on the object to be processed. It is possible to move an irradiation unit having an objective lens for condensing toward the light beam and at least the objective lens of the irradiation unit in a two-dimensional direction perpendicular to or substantially orthogonal to the laser beam axis relative to the object to be processed. The first XY stage that can be formed, the irradiation unit, and the first XY stage can be moved in a two-dimensional direction that is orthogonal to or substantially orthogonal to the laser optical axis relative to the object to be processed. A laser processing apparatus including a second XY stage having a larger movable range in the two-dimensional direction than the XY stage was constructed.
即ち、本発明では、大形の被処理物に対応して照射ユニットを大きく移動させる役割を第二のXYステージに担わせ、照射ユニットの特に対物レンズの位置を細かく精密に調節する役割を第一のXYステージに担わせるようにしたのである。より具体的には、前記第二のXYステージにより前記照射ユニットを前記対物レンズを通じて被処理物に照射されるレーザ光の照射位置が被処理物上の目標位置またはその付近に位置付けた後、前記第一のXYステージにより前記照射ユニットの対物レンズをレーザ光の照射位置が目標位置に合うように維持する制御を行いながら、レーザ光を被処理物に照射する。 That is, in the present invention, the role of moving the irradiation unit significantly in response to a large object to be processed is assigned to the second XY stage, and the role of finely and precisely adjusting the position of the irradiation unit, particularly the objective lens, is the first. I made it to be carried by one XY stage. More specifically, after the irradiation position of the laser beam that irradiates the object to be processed with the irradiation unit through the objective lens by the second XY stage is positioned at or near the target position on the object to be processed, the above-mentioned The first XY stage irradiates the object to be processed with the laser beam while controlling the objective lens of the irradiation unit to be maintained so that the irradiation position of the laser beam matches the target position.
好ましくは、前記照射ユニットが、前記対物レンズを通じて被処理物の局所を撮影するカメラセンサを有し、前記カメラセンサを介して撮影した画像を基に、現在の前記対物レンズの位置と、レーザ光の照射位置が目標位置に合うときの対物レンズの位置との偏差を検出し、その偏差を縮小するべく前記第一のXYステージにより照射ユニットの対物レンズの位置を調節するフィードバック制御を実行するものとする。 Preferably, the irradiation unit has a camera sensor that captures a local area of an object to be processed through the objective lens, and based on an image captured through the camera sensor, the current position of the objective lens and laser light A device that detects a deviation from the position of the objective lens when the irradiation position of the irradiation unit matches the target position, and executes feedback control for adjusting the position of the objective lens of the irradiation unit by the first XY stage in order to reduce the deviation. And.
前記照射ユニットの少なくとも対物レンズを被処理物に対して相対的にレーザ光軸と平行または略平行な方向に移動させることができるZ軸調節機構を具備していれば、当該Z軸調節機構の機能により、対物レンズから出射するレーザ光の焦点を被処理物上の目標位置に正しく合わせることができる。 If at least the objective lens of the irradiation unit is provided with a Z-axis adjusting mechanism capable of moving in a direction parallel to or substantially parallel to the laser optical axis with respect to the object to be processed, the Z-axis adjusting mechanism can be used. The function allows the focus of the laser beam emitted from the objective lens to be correctly aligned with the target position on the object to be processed.
本レーザ処理装置が設置され運用される工場等の現場では、周囲を台車やフォークリフトが走行する等して床面に振動が発生することがある。そのため、被処理物、前記照射ユニット、前記第一のXYステージ及び前記第二のXYステージを支持する架台と床面との間に、周波数が所定値よりも高い振動が床面から架台に伝わることを抑制する防振(または、制振)部材を介在させて設けることが望ましい。 At sites such as factories where this laser processing device is installed and operated, vibration may occur on the floor surface due to trolleys or forklifts running around it. Therefore, vibration having a frequency higher than a predetermined value is transmitted from the floor surface to the gantry between the object to be processed, the irradiation unit, the gantry supporting the first XY stage and the second XY stage, and the floor surface. It is desirable to provide a vibration-proof (or vibration-damping) member that suppresses this.
本レーザ処理装置は、特に、液晶ディスプレイモジュール、プラズマディスプレイモジュール、有機ELディスプレイモジュール、無機ELディスプレイモジュール、マイクロLEDディスプレイモジュール、透明導電膜基板またはカラーフィルタ等に生ずる不良箇所にレーザ光を照射するレーザリペア装置として好適に用いることができる。 This laser processing device is a laser that irradiates a defective portion of a liquid crystal display module, a plasma display module, an organic EL display module, an inorganic EL display module, a micro LED display module, a transparent conductive film substrate, a color filter, or the like with laser light. It can be suitably used as a repair device.
本発明によれば、大形の被処理物を扱うレーザ処理装置において、照射ユニットから被処理物に照射されるレーザ光の照射位置を正確に被処理物上の目標位置に合わせることができる。 According to the present invention, in a laser processing apparatus that handles a large object to be processed, the irradiation position of the laser beam emitted from the irradiation unit to the object to be processed can be accurately aligned with the target position on the object to be processed.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態のレーザ処理装置1は、液晶ディスプレイモジュール、プラズマディスプレイモジュール、有機ELディスプレイモジュール、無機ELディスプレイモジュール、マイクロLEDディスプレイモジュール、透明導電膜基板またはカラーフィルタ等0に生ずる不良箇所にレーザ光Lを照射してこれを修正するレーザリペア装置である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The laser processing device 1 of the present embodiment has a laser beam L at a defective portion occurring in 0 such as a liquid crystal display module, a plasma display module, an organic EL display module, an inorganic EL display module, a micro LED display module, a transparent conductive film substrate, or a color filter. It is a laser repair device that irradiates and corrects this.
図1に、本レーザ処理装置1の全体概要を示す。本レーザ処理装置1は、レーザ光Lを被処理物0上の目標位置即ち液晶ディスプレイモジュール等の不良箇所に向けて照射する照射ユニット2と、照射ユニット2をレーザ光Lの光軸と直交または略直交するX軸及びY軸の二次元方向に移動させるXYステージ3、7と、照射ユニット2をレーザ光Lの光軸と平行または略平行なZ軸方向に移動させるZ軸調節機構3、6と、照射ユニット2から被処理物0までの距離を計測する変位計4とを主たる構成要素とする。
FIG. 1 shows an overall outline of the laser processing apparatus 1. In the laser processing device 1, the
架台9は、照射ユニット2、XYステージ3、7、Z軸調節機構3、6及び変位計4、並びに被処理物0を支持する。架台9は、防振部材91を介して床面に接地している。防振部材91は、例えば、防振(制振)ゴムやエアスプリング等のパッシブサスペンションであり、周波数が所定値(例えば、5Hz)よりも高い振動が床面から架台9に伝わることを抑制する働きをする。
The
被処理物0は、クランプ、吸着その他適宜の手段により架台9に対して固定する。被処理物0にレーザ光Lを照射する処理の最中、被処理物0は不動である。
The object 0 to be processed is fixed to the
本レーザ処理装置1におけるXYステージ3、7は、第一のXYステージ3及び第二のXYステージ7の二つを組み合わせたものである。第二のXYステージ7は、架台9上に設立しており、照射ユニット2、第一のXYステージ3、Z軸調節機構3、6及び変位計4を支持し、これらをX軸方向及びY軸方向の二次元方向に移動させることができる。第二のXYステージ7は、例えば、架台9の両側部に架設したY軸方向に延伸する一対のY軸レール71と、各Y軸レール71に沿って走行する一対のY軸リニアモータ台車72と、両側部をそれぞれY軸リニアモータ台車72に支持させたX軸方向に沿って延伸するX軸レール73と、X軸レール73に沿って走行するX軸リニアモータ台車74とを要素とする。そして、X軸リニアモータ台車74が、照射ユニット2、Z軸調節機構3、6及び変位計4を支持する。照射ユニット2及び変位計4は、被処理物0の直上からZ軸方向に沿って被処理物0に臨む。総じて、第二のXYステージ7は、照射ユニット2、Z軸調節機構3、6及び変位計4を、架台9及び被処理物0に対して相対的にX軸方向及びY軸方向に変位させる。
The
Y軸レール71とY軸リニアモータ台車72との組にはリニアエンコーダを付設し、当該リニアエンコーダによりY軸リニアモータ台車72のY軸方向の位置座標を検出する。X軸レール73とX軸リニアモータ台車74との組にもリニアエンコーダを付設し、当該リニアエンコーダによりX軸リニアモータ台車74の現在のX軸方向の位置座標を検出する。つまるところ、両リニアエンコーダを介して、照射ユニット2を支持しているX軸リニアモータ台車74の現在のXY位置座標を検出する。
A linear encoder is attached to the set of the Y-
本レーザ処理装置1におけるZ軸調節機構3、6は、第一のZ軸調節機構3及び第二のZ軸調節機構6の二つを組み合わせたものである。第二のZ軸調節機構6は、照射ユニット2、第一のXYステージ3及び変位計4を一体化している筐体5と、上記X軸リニアモータ台車74との間に介在し、筐体5をX軸リニアモータ台車74に対して相対的にZ軸方向に移動させることができる。X軸リニアモータ台車74のZ軸方向に沿った高さ位置は、不変である。第二のZ軸調節機構6は、例えば、ボールねじを含む既知のねじ送り機構であり、X軸リニアモータ台車74と筐体5とのうち一方にねじ軸を軸承させるとともに、他方に当該ねじ軸に螺合するナットを固定し、ねじ軸をサーボモータやステッピングモータ等により回転駆動することで、ナットをねじ軸に沿って進退させ、筐体5のZ軸方向の上下動を惹起する。第二のZ軸調節機構6は、照射ユニット2及び変位計4を、架台9及び被処理物0に対して相対的にZ軸方向に変位させる。
The Z-
X軸リニアモータ台車74と筐体5との組にはリニアエンコーダを付設し、当該リニアエンコーダにより筐体5の現在のZ軸方向の位置座標を検出する。
A linear encoder is attached to the set of the X-axis
図2に、筐体5内に収容している照射ユニット2の構成を示す。照射ユニット2は、被処理物0上の目標位置及びその周辺領域を観測するための光学系と、被処理物0上の目標位置に対してレーザ光Lを照射するための光学系とを含む。前者の光学系は、少なくとも、落射照明光源21、ビームスプリッタ(または、ハーフミラー)22、ダイクロイックミラー23、対物レンズ24、結像レンズ251及びカメラセンサ25を含む。落射照明光源21から供給される落射光は、ビームスプリッタ22により反射され、被処理物0に相対する対物レンズ24の光軸の方向に向けられる。その落射光は、ダイクロイックミラー23を透過した後、対物レンズ24を通過して被処理物0上の目標位置及びその周辺領域を照明する。被加工物に当たり跳ね返った光束は、対物レンズ24に入射し、ダイクロイックミラー23及びビームスプリッタ22を透過して結像レンズ251に入射し、カメラセンサ25であるCCD(Chargg−Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal−Oxide−Semiconductor)等の固体撮像素子に結像する。このようにして、カメラセンサ25により、被処理物0上の目標位置及びその周辺領域を撮影して画像を得ることがきる。
FIG. 2 shows the configuration of the
対物レンズ24は、互いに倍率の異なる複数のものが存在している。これら対物レンズ24は電動レボルバ241に取り付けてあり、レボルバ241を回転させることにより何れか一つの対物レンズ24を選択して光軸上に配置することができる。即ち、適用する対物レンズ24の倍率を変更することが可能となっている。
There are a plurality of
後者の光学系は、少なくとも、レーザ光Lの光源である発振器26、アッテネータ27、偏光板28、ビームエキスパンダ29、可変スリット20、ダイクロイックミラー23及び対物レンズ24を含む。ダイクロイックミラー23及び対物レンズ24は、前者の光学系のそれと共通である。レーザ発振器26から供給されるレーザ光Lは、アッテネータ27により減衰され、偏光板28により偏光され、ビームエキスパンダ29及び可変スリット20により整形される。可変スリット20は、これを通過するレーザビームの形状を変化させることができる。さらに、レーザ光Lは、ダイクロイックミラー23により反射され、被処理物0に相対する対物レンズ24の光軸の方向に向けられる。そのレーザ光Lは、対物レンズ24を通過して被処理物0上の目標位置に集光される。このようにして、レーザ光Lを被処理物0上の目標位置に照射することができる。
The latter optical system includes at least an
但し、前者の光学系、後者の光学系ともに、図2に表していない他の光学要素、例えば光ファイバやミラー、プリズム、レンズ、シャッタ等を含むことを妨げない。 However, both the former optical system and the latter optical system do not prevent the inclusion of other optical elements not shown in FIG. 2, such as an optical fiber, a mirror, a prism, a lens, and a shutter.
変位計4は、照射ユニット2の対物レンズ24から被処理物0上の目標位置までのZ軸方向に沿った離間距離を計測するためのものである。変位計4は、例えば、被処理物0に向けてレーザ光Rを照射し、被処理物0に当たって跳ね返るレーザ光Rを受光することを通じて、当該変位計4から被処理物0までの距離を精密に計測する既知のレーザ変位計である。変位計4は、筐体5内に収容するか筐体5外に付設する。既に述べた第二のZ軸調節機構6の機能により、変位計4は筐体5、照射ユニット2及び第一のXYステージ3と一体となってZ軸方向に上下動する。
The displacement meter 4 is for measuring the separation distance along the Z-axis direction from the
第一のXYステージ3は、筐体5内に収容しており、照射ユニット2の少なくとも対物レンズ24及びレボルバ241を支持し、これをX軸方向及びY軸方向の二次元方向に移動させることができる。第一のXYステージ3は、例えば、対物レンズ24及びレボルバ241を支持するステージを、ピエゾモータ(超音波モータ)によりX軸方向及びY軸方向に精密に移動させ得る既知のピエゾステージである。第一のXYステージ3は、照射ユニット2の対物レンズ24を、筐体5に対して相対的に、さらには架台9及び被処理物0に対して相対的に、X軸方向及びY軸方向に変位させる。
The first XY stage 3 is housed in the
第一のZ軸調節機構3もまた、筐体5内に収容しており、照射ユニット2の少なくとも対物レンズ24及びレボルバ241を支持し、これをZ軸方向に移動させることができる。第一のZ軸調節機構3は、例えば、対物レンズ24及びレボルバ241を支持するステージを、ピエゾモータによりZ軸方向に精密に移動させ得る既知のピエゾステージである。第一のZ軸調節機構3は、照射ユニット2の対物レンズ24を、筐体5に対して相対的に、さらには架台9及び被処理物0に対して相対的に、Z軸方向に変位させる。
The first Z-axis adjusting mechanism 3 is also housed in the
なお、本実施形態では、第一のXYステージ3及び第一のZ軸調節機構3の両機能を、単一のピエゾモータXYZステージにより実現している。このピエゾXYZステージ3は、対物レンズ24及びレボルバ241を支持するステージを、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の三次元方向に移動させることが可能である。
In the present embodiment, both functions of the first XY stage 3 and the first Z-axis adjusting mechanism 3 are realized by a single piezomotor XYZ stage. The piezo XYZ stage 3 can move the stage supporting the
照射ユニット2の対物レンズ24以外の要素や変位計4は、必ずしもピエゾXYZステージ3に搭載しない。ピエゾXYZステージ3の積載量を削減し、ピエゾXYZステージ3による対物レンズ24の位置制御の精度及び応答性を可及的に高めることがその意図である。尤も、照射ユニット2の対物レンズ24以外の要素の少なくとも一部をピエゾXYZステージ3に搭載して対物レンズ24とともに移動させることを排除するものではなく、変位計4をピエゾXYZステージ3に搭載して対物レンズ24とともに移動させることを排除するものでもない。
Elements other than the
第一のXYステージ及び第一のZ軸調節機構たるピエゾXYZステージ3には光学リニアエンコーダを付設し、当該リニアエンコーダによりステージのX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の位置座標を検出する。 An optical linear encoder is attached to the first XY stage and the piezo XYZ stage 3 which is the first Z-axis adjustment mechanism, and the linear encoder detects the position coordinates of the stage in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. ..
本実施形態で想定している被処理物0のX軸方向及びY軸方向に沿った幅寸法は、1mを超えている。そのような大形の被処理物0の略全域に対してレーザ光Lを照射する処理を実行可能とするべく、第二のXYステージ7のストローク即ち二次元方向への可動範囲は、1m以上ある。即ち、Y軸リニアモータ台車72のY軸方向の可動範囲が1m以上あり、かつX軸リニアモータ台車74のX軸方向の可動範囲もまた1m以上ある。
The width dimension of the object to be processed 0 assumed in the present embodiment along the X-axis direction and the Y-axis direction exceeds 1 m. The stroke of the
翻って、第一のXYステージ3のストローク即ちX軸方向及びY軸方向への可動範囲は、第二のXYステージ7のそれよりも遙かに小さく、対物レンズ24を支持するステージのX軸方向及びY軸方向の可動範囲はそれぞれ100μm以下、せいぜい40μmないし50μm程度である。その代わりに、第一のXYステージ3は、第二のXYステージ7よりも最小変位量がずっと細かい。第一のXYステージ3は、対物レンズ24のX軸方向及びY軸方向の位置を、第二のXYステージ7に比してより微細にかつ精密に調節することができる。加えて、第一のXYステージ3に付随する光学リニアエンコーダによる位置座標の検出の解像度は、第二のXYステージ7に付随するリニアエンコーダによる位置座標の検出の解像度よりも高い。
On the other hand, the stroke of the first XY stage 3, that is, the movable range in the X-axis direction and the Y-axis direction is much smaller than that of the
また、第一のZ軸調節機構3のストローク即ちZ軸方向への可動範囲は、第二のZ軸調節機構6のそれよりも遙かに小さく、対物レンズ24を支持するステージのZ軸方向の可動範囲は10μmないし30μm程度である。その代わりに、第一のZ軸調節機構3は、第二のZ軸調節機構6よりも最小変位量がずっと細かい。第一のZ軸調節機構3は、対物レンズ24のX軸方向及びY軸方向の位置を、第二のZ軸調節機構6に比してより微細にかつ精密に調節することができる。加えて、第一のZ軸調節機構3に付随する光学リニアエンコーダによる位置座標の検出の解像度は、第二のZ軸調節機構6に付随するリニアエンコーダによる位置座標の検出の解像度よりも高い。
Further, the stroke of the first Z-axis adjusting mechanism 3, that is, the movable range in the Z-axis direction is much smaller than that of the second Z-
本レーザ処理装置1の制御を司る制御コントローラ8は、例えば、汎用的なパーソナルコンピュータやワークステーション等を主体として構成する。図3に示すように、制御コントローラ8は、CPU(Central Processing Unit)81、メインメモリ82、補助記憶デバイス83、ビデオコーデック84、ディスプレイ85、通信インタフェース86、操作入力デバイス87等のハードウェア資源を備え、これらが連携動作するものである。
The control controller 8 that controls the control of the laser processing device 1 is mainly composed of, for example, a general-purpose personal computer or a workstation. As shown in FIG. 3, the control controller 8 supplies hardware resources such as a CPU (Central Processing Unit) 81, a
補助記憶デバイス83は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ、光学ディスクドライブ等である。ビデオコーデック84は、CPU83より受けた描画指示をもとに表示させるべき画面を生成しその画面信号をディスプレイ85に向けて送出するGPU(Graphics Processing Unit)、画面や画像のデータを一時的に格納しておくビデオメモリ等を要素とする。ビデオコーデック84は、ハードウェアでなくソフトウェアとして実装することも可能である。通信インタフェース86は、当該制御コントローラ8が外部の装置と情報通信を行うためのデバイスである。操作入力デバイス87は、オペレータが手指で操作するキーボード、押下ボタン、ジョイスティック(操縦桿)、マウスやタッチパネル(ディスプレイ85に重ね合わされたものであることがある)といったポインティングデバイス、その他である。
The
制御コントローラ8において、CPU81により実行されるべきプログラムは補助記憶デバイス83に格納されており、プログラムの実行の際には補助記憶デバイス83からメインメモリ82に読み込まれ、CPU81によって解読される。制御コントローラ8は、プログラムに従い上記ハードウェア資源を作動させて、本レーザ処理装置1の制御を遂行する。
In the control controller 8, the program to be executed by the
図4に、制御コントローラ8が本レーザ処理装置1によるレーザ処理の際に行う処理の手順例を示している。まず、制御コントローラ8は、レーザ処理装置1の照射ユニット2から被処理物0上の目標位置に向けてレーザ光Lを照射する準備として、第二のXYステージ7に制御信号を与え、対物レンズ24の光軸即ち対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの照射位置が被処理物0上の目標位置に一致しまたはその付近にあるように、第二のXYステージ7を駆動して照射ユニット2を含む筐体5をX軸方向及び/またはY軸方向に移動させる(ステップS1)。制御コントローラ8は予め、被処理物0上の目標位置のXYZ座標を、メインメモリ82若しくは補助記憶デバイス83に記憶保持している。目標位置のXYZ座標は、例えば、被処理物0たる液晶ディスプレイパネル等を撮影した画像を解析し、当該被処理物0に存在する不良箇所を検出する等によって取得する。
FIG. 4 shows an example of a procedure of processing performed by the control controller 8 during laser processing by the laser processing device 1. First, the control controller 8 gives a control signal to the
次いで、制御コントローラ8は、第一のXYステージ3に制御信号を与え、対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの照射位置が被処理物0上の目標位置に精密に合うように、第一のXYステージ3を駆動して照射ユニット2の対物レンズ24のX軸方向及び/またはY軸方向の位置を微調節する(ステップS2)。このとき、照射ユニット2が有するカメラセンサ25を介して、被処理物0における対物レンズ24の光軸と交わる位置及びその周辺領域を撮影し、得られた画像を解析して目標位置たる被処理物0の不良箇所を検出して、光軸をその不良箇所に正確に位置合わせするべく、第一のXYステージ3による変位量を微細に修正することができる。但し、カメラセンサ25による被処理物0の撮像は、対物レンズ24の焦点を被処理物0に合わせた後に行うことが望ましい。
Next, the control controller 8 gives a control signal to the first XY stage 3, and the irradiation position of the laser beam L irradiated to the object 0 to be processed through the
上記ステップS2と相前後して、制御コントローラ8は、Z軸調節機構3、6に制御信号を与え、対物レンズ24の焦点、そして当該対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの焦点が被処理物0上の目標位置に精密に合うように、Z軸調節機構3、6を駆動して照射ユニット2を含む筐体5及び/または対物レンズ24のZ軸方向の位置を微調節する(ステップS3)。当該ステップS3では、変位計4の機能を用いない。ステップS3では、例えば、照射ユニット2が有するカメラセンサ25を介して、被処理物0における対物レンズ24の光軸と交わる位置及びその周辺領域を反復的に撮影し、得られた画像を解析してそのコントラスト(明暗差)を逐次求めるとともに、撮影画像のコントラストが最大または最大に近くなる高さ位置まで筐体5及び/または対物レンズ24を上下動させる。
Around the same time as step S2, the control controller 8 gives a control signal to the Z-
ステップS3にて変位計4を用いない理由は、図2に示しているように、被処理物0にレーザ処理を施すために対物レンズ24を通じて照射するレーザ光Lの照射位置と、変位計4から被処理物0までの離間距離を計測するために照射するレーザ光Rの照射位置とが、互いに一致せずオフセットしていることによる。対物レンズ24は、その倍率が大きく、対物レンズ24自体の寸法も大きい。対物レンズ24との干渉を避けるべく、変位計4を対物レンズ24から離して配置せざるを得ず、変位計4の光軸を対物レンズ24の光軸に合致させることがどうしても難しい。大形の被処理物0は、全体的にまたは部分的に撓み変形することがある。その撓み変形の度合いが恒常的に一定ではないことをも併せて考慮すれば、変位計4により計測した離間距離を、直ちに対物レンズ24から被処理物0上の目標位置までの距離と見なすことはできない。つまり、変位計4が離間距離を計測している位置は、対物レンズ24から出射するレーザ光Lが当たる位置とは異なっており、被照射物の撓みにより両位置のZ軸方向に沿った高さが同一でない可能性があり、しかも両位置の高さの差が予め自明でない。それ故に、ステップS3では、変位計4を用いず、コントラストAF(AutoForcus)法等によりレーザ光Lの焦点を被処理物0上の照射位置に合わせるのである。
The reason why the displacement meter 4 is not used in step S3 is that, as shown in FIG. 2, the irradiation position of the laser beam L irradiated through the
上記ステップS1ないしS3を経て、照射ユニット2の対物レンズ24が、被処理物0上の目標位置にレーザ光Lを照射する処理に必要な基本位置に到達する。以降、制御コントローラ8は、対物レンズ24をこの基本位置に維持するフィードバック制御(ステップS4及びS5)を開始する。位置フィードバック制御を実行するのは、外乱によりレーザ光Lの光軸または焦点が被処理物0上の目標位置からずれた状態でレーザ光Lを被処理物0に照射してしまうことを防止するためである。典型的な外乱は、本レーザ処理装置1を設置している工場等の床面から架台9、被加工物0、XYステージ7、Z軸調節機構6及び照射ユニット2に伝わる振動である。ある程度以上周波数の高い(5Hzを超える)振動は、床面と架台9との間に介在する防振部材91により遮断または十分に減衰される。だが、周波数の低い(5Hzに満たない、2Hzないし3Hz程度の)振動は、必ずしも防振部材91によって遮断されず、床面から架台9、被加工物0、XYステージ7、Z軸調節機構6及び照射ユニット2に伝わり得る。
Through the steps S1 to S3, the
X軸方向及びY軸方向の位置フィードバック制御ステップS4にて、制御コントローラ8は、照射ユニット2を基本位置に位置付けて以後、照射ユニット2が有するカメラセンサ25を介して、被処理物0における対物レンズ24の光軸と交わる位置及びその周辺領域を反復的に撮影し、得られた画像を解析して、現在の照射ユニット2の位置が基本位置、即ちレーザ光Lの照射位置が目標位置に合っているときの位置からX軸方向及びY軸方向にどれだけずれたのか、その偏差を逐次求める。そして、第一のXYステージ3に制御信号を与え、その偏差を縮小する方向に第一のXYステージ3を駆動して、以て対物レンズ24の位置を基本位置に向けて修正する。これにより、対物レンズ24の光軸、換言すればレーザ光Lの照射位置を、被処理物0上の目標位置またはその近傍に保ち続けることができる。
In the position feedback control step S4 in the X-axis direction and the Y-axis direction, the control controller 8 positions the
Z軸方向の位置フィードバック制御ステップS5にて、制御コントローラ8は、照射ユニット2を基本位置に位置付けたときに、変位計4を介して被処理物0までの離間距離を計測し、その距離をフィードバック制御の目標距離に設定する。その上で、以後、変位計4を介して被処理物0までの離間距離を反復的に計測し、計測した現在の離間距離と目標距離との偏差を逐次求める。この偏差は、現在の照射ユニット2の位置が基本位置、即ちレーザ光Lの焦点が目標位置に合っているときの位置からZ軸方向にどれだけずれたのかを示唆する。そして、第一のZ軸調節機構3に制御信号を与え、その偏差を縮小する方向に第一のZ軸調節機構3を駆動して、以て対物レンズ24の位置を基本位置に向けて修正する。これにより、レーザ光Lの焦点を、被処理物0上の目標位置またはその近傍に保ち続けることができる。
In the position feedback control step S5 in the Z-axis direction, when the
位置フィードバック制御より、床面から架台9、被加工物0、XYステージ7、Z軸調節機構6及び照射ユニット2に伝わる低周波の振動に起因して生じる偏差を、速やかに修正することが可能である。第一のXYステージ及び第一のZ軸調節機構たるピエゾモータステージ3は、低周波振動に起因して生じる偏差を修正するのに十分な応答速度を有している。
From the position feedback control, it is possible to quickly correct the deviation caused by the low frequency vibration transmitted from the floor surface to the
また、対物レンズ24を支持するピエゾモータステージ3の可動範囲は、100μm以下と微小である。かつ、レーザ発振器26から供給されて対物レンズ24に入射するレーザ光Lは、コリメートされた平行光である。従って、照射ユニット2の対物レンズ24以外の要素をピエゾモータステージ3に搭載していなくとも、ピエゾモータステージ3を介して対物レンズ24をX軸方向やY軸方向に変位させたときに、被照射物0上のカメラセンサ25が撮像する位置、及びレーザ光Lを照射する位置が同じ量だけ変位する。ピエゾモータステージ3を介して対物レンズ24をZ軸方向に変位させても問題はない。
Further, the movable range of the piezo motor stage 3 that supports the
しかして、制御コントローラ8は、位置フィードバック制御を実行しながら、レーザ光Lを被処理物0上の目標位置に照射する(ステップS6)。 Then, the control controller 8 irradiates the laser beam L to the target position on the object to be processed 0 while executing the position feedback control (step S6).
本実施形態では、被処理物0上の目標位置に向けてレーザ光Lを照射して行う処理を実施するレーザ処理装置1であって、レーザ光Lを被処理物0上の目標位置に向けて集光するための対物レンズ24を有する照射ユニット2と、前記照射ユニット2の少なくとも対物レンズ24を被処理物0に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができる第一のXYステージ3と、前記照射ユニット2及び前記第一のXYステージ3を被処理物0に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができ、第一のXYステージ3に比して二次元方向への可動範囲がより大きい第二のXYステージ7とを具備するレーザ処理装置1を構成した。
In the present embodiment, the laser processing apparatus 1 performs a process of irradiating a laser beam L toward a target position on the object 0 to be processed, and directs the laser beam L toward the target position on the object 0 to be processed. The
本実施形態では、大形の被処理物0に対応して照射ユニット2を大きく移動させる役割を第二のXYステージ7に担わせ、照射ユニット2の特に対物レンズ24の位置を細かく精密に調節する役割を第一のXYステージ3に担わせるようにした。より具体的には、前記第二のXYステージ7により前記照射ユニット2を前記対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの照射位置が被処理物0上の目標位置またはその付近に位置付けた後、前記第一のXYステージ3により前記照射ユニット2の対物レンズ24をレーザ光Lの照射位置が目標位置に合うように維持する制御を行いながら、レーザ光Lを被処理物0に照射する。本実施形態によれば、レーザ処理装置1の照射ユニット2から対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの照射位置を正確に被処理物0上の目標位置に合わせることができる。
In the present embodiment, the
前記照射ユニット2が、前記対物レンズ24を通じて被処理物0の局所を撮影するカメラセンサ25を有し、前記カメラセンサ25を介して撮影した画像を基に、現在の前記対物レンズ24の位置と、レーザ光Lの照射位置が目標位置に合うときの対物レンズ24の位置との偏差を検出し、その偏差を縮小するべく前記第一のXYステージ3により照射ユニット2の対物レンズ24の位置を調節するものであるため、位置フィードバック制御の精度が高まり、外乱に対してレーザ光Lの照射位置の目標位置からのずれを最小限に抑制することができる。
The
被処理物0、前記照射ユニット2、前記XYステージ3、7、前記Z軸調節機構3、6及び前記変位計4を支持する架台9と、床面との間に、周波数が所定値よりも高い振動が床面から架台9に伝わることを抑制する防振部材91を介設しており、影響が大きく修正しにくい外乱となる高周波の振動を適切に遮断または減衰させることができる。
The frequency is higher than a predetermined value between the object 0, the
並びに、本実施形態では、被処理物0上の目標位置に向けてレーザ光Lを照射して行う処理を実施するレーザ処理装置1であって、レーザ光Lを被処理物0上の目標位置に向けて集光するための対物レンズ24を有する照射ユニット2と、前記照射ユニット2の少なくとも対物レンズ24を被処理物0に対して相対的にレーザ光軸と平行または略平行な方向に移動させることができるZ軸調節機構3、6と、前記照射ユニット2から被処理物0までの距離を計測する変位計4とを具備し、前記照射ユニット2を、前記変位計4に依拠せずに、前記対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの焦点が被処理物0上の目標位置に合うように位置付けた状態で、前記変位計4により照射ユニット2から被処理物0までの距離を計測し、その距離を目標距離に設定した上、前記変位計4が現在計測している距離と前記目標距離との偏差を縮小するべく前記Z軸調節機構3により前記照射ユニット2の対物レンズ24の位置を調節するフィードバック制御を実行しながら、レーザ光Lを被処理物0に照射するレーザ処理装置1を構成した。
Further, in the present embodiment, the laser processing apparatus 1 performs a process of irradiating the laser beam L toward the target position on the object 0 to be processed, and the laser beam L is placed at the target position on the object 0 to be processed. The
より具体的には、前記照射ユニット2が、前記対物レンズ24を通じて被処理物0の局所を撮影するカメラセンサ25を有し、前記カメラセンサ25を介して撮影した画像を基に、前記照射ユニット2を前記対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの焦点が被処理物0上の目標位置に合うように位置付けた状態で、前記変位計4により照射ユニット2から被処理物0までの距離を計測し、その距離を前記目標距離に設定するものとする。本実施形態によれば、大形の被処理物0を扱うレーザ処理装置1において、照射ユニット2から被処理物0に照射されるレーザ光Lの焦点を正確に被処理物0上の目標位置に合わせることができる。
More specifically, the
本実施形態のレーザ処理装置1は、前記照射ユニット2を被処理物0に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができるXYステージ3、7を具備しており、当該XYステージ3、7の機能により、対物レンズ24から出射するレーザ光Lの照射位置を被処理物0上の目標位置に正しく合わせることができる。本実施形態のレーザ処理装置1では、前記XYステージ3、7により前記照射ユニット2を前記対物レンズ24を通じて被処理物0に照射されるレーザ光Lの照射位置が被処理物0上の目標位置に合うように位置付け、かつ前記Z軸調節機構3、6により照射ユニット2をレーザ光Lの焦点が被処理物0上の目標位置に合うように位置付けた状態で、前記変位計4により照射ユニット2から被処理物0までの距離を計測し、その距離を前記目標距離に設定するようにする。
The laser processing device 1 of the present embodiment includes XY stages 3 and 7 capable of moving the
本実施形態のレーザ処理装置1は、液晶ディスプレイモジュール、プラズマディスプレイモジュール、有機ELディスプレイモジュール、無機ELディスプレイモジュール、マイクロLEDディスプレイモジュール、透明導電膜基板またはカラーフィルタ等に生ずる不良箇所にレーザ光Lを照射するレーザリペア装置として好適に用いる事ができる。 The laser processing device 1 of the present embodiment applies laser light L to defective parts generated in a liquid crystal display module, a plasma display module, an organic EL display module, an inorganic EL display module, a micro LED display module, a transparent conductive film substrate, a color filter, or the like. It can be suitably used as a laser repair device for irradiating.
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、本発明に係るレーザ処理装置1の用途は、レーザリペア装置には限定されない。 The present invention is not limited to the embodiments described in detail above. For example, the application of the laser processing device 1 according to the present invention is not limited to the laser repair device.
その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part, the processing procedure, and the like can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、被処理物にレーザ光を照射して所望の処理を施すレーザ処理装置に適用できる。 The present invention can be applied to a laser processing apparatus that irradiates an object to be processed with a laser beam to perform a desired treatment.
1…レーザ処理装置
2…照射ユニット
24…対物レンズ
25…カメラ
3…第一のXYステージ兼第一のZ軸調節機構(ピエゾXYZステージ)
4…変位計
6…第二のZ軸調節機構(ねじ送り機構)
7…第二のXYステージ
9…架台
91…防振部材
0…被処理物
L…レーザ光
1 ...
4 ...
7 ...
Claims (4)
レーザ光を被処理物上の目標位置に向けて集光するための対物レンズを有する照射ユニットと、
前記照射ユニットの少なくとも対物レンズを被処理物に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができる第一のXYステージと、
前記照射ユニット及び前記第一のXYステージを被処理物に対して相対的にレーザ光軸と直交または略直交する二次元方向に移動させることができ、第一のXYステージに比して二次元方向への可動範囲がより大きい第二のXYステージとを具備し、
前記第二のXYステージにより前記照射ユニットを前記対物レンズを通じて被処理物に照射されるレーザ光の照射位置が被処理物上の目標位置またはその付近に位置付けた後、
前記第一のXYステージにより前記照射ユニットの対物レンズをレーザ光の照射位置が目標位置に合うように維持する制御を行いながら、レーザ光を被処理物に照射するものであり、
前記照射ユニットが、前記対物レンズを通じて被処理物の局所を撮影するカメラセンサを有し、
前記カメラセンサを介して撮影した画像を基に、現在の前記対物レンズの位置と、レーザ光の照射位置が目標位置に合うときの対物レンズの位置との偏差を検出し、その偏差を縮小するべく前記第一のXYステージにより照射ユニットの対物レンズの位置を調節するフィードバック制御を実行するレーザ処理装置。 A laser processing device that performs processing by irradiating laser light toward a target position on an object to be processed.
An irradiation unit having an objective lens for condensing the laser beam toward a target position on the object to be processed,
A first XY stage capable of moving at least the objective lens of the irradiation unit in a two-dimensional direction orthogonal to or substantially orthogonal to the laser optical axis with respect to the object to be processed.
The irradiation unit and the first XY stage can be moved in a two-dimensional direction that is orthogonal or substantially orthogonal to the laser optical axis relative to the object to be processed, and is two-dimensional as compared with the first XY stage. Equipped with a second XY stage with a larger range of motion in the direction ,
After the irradiation unit is positioned at or near the target position on the object to be processed by the irradiation unit of the laser beam irradiated to the object to be processed through the objective lens by the second XY stage.
The first XY stage irradiates the object to be processed with the laser beam while controlling the objective lens of the irradiation unit to be maintained so that the irradiation position of the laser beam matches the target position.
The irradiation unit has a camera sensor that photographs a local area of an object to be processed through the objective lens.
Based on the image taken through the camera sensor, the deviation between the current position of the objective lens and the position of the objective lens when the irradiation position of the laser beam matches the target position is detected, and the deviation is reduced. A laser processing device that executes feedback control for adjusting the position of the objective lens of the irradiation unit by the first XY stage .
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